陽離子交換量的測定實驗報告

㈠ 測定土壤中銅的含量(包括采樣布點、樣品處理、測定方法)

地殼中銅的平均含量約為70mg/kg；全球土壤中銅的含量范圍一般在2—100mg/kg之間，平均含量為20mg/kg；我國土壤中銅的含量在3—300mg/kg之間，平均含量為22mg/kg。土壤的銅含量常常與其母質來源和抗風化能力有關，因此也與土壤質地間接相關。土壤中的銅大部分來自含銅礦物——孔雀石、黃銅礦及含銅砂岩等。一般情況下，基性岩發育的土壤，其含銅量多於酸性岩發育的土壤，沉積岩中以砂岩含銅最低。各類土壤的含銅量按多少排列如下：砂姜黑土（25.49mg/kg）＞潮土（22.48mg/kg）＞褐土（22.18mg/kg）＞鹽鹼土（18.78mg/kg）＞棕壤（17.81mg/kg）＞黃棕壤（15.58mg/kg）＞風沙土（8.44mg/kg）。
我國土壤表層或耕層中銅含量的背景值范圍為7.3—55.1mg/kg（不同地區有不同的背景值）。土壤中銅的環境質量標准見表一，衛生標准見表二。
表一 土壤中銅的環境質量標准值（GB15618—1995）單位：mg/kg
級別 一級 二級 三級
土壤pH值 自然背景 <6.5 6.5～7.5 >7.5 >6.5
農田等≤ 35 50 100 100 400
果園 ≤ — 150 200 200 400
表二 土壤中銅的衛生標准（GB11728—89）
土壤中銅的陽離子交換量（毫克當量/100g干土） <10 10—20 >20
土壤中的最高容許濃度（mg/kg） 50 150 300
三、實驗方法和原理：
（一）方法
土壤污染監測的常用方法有：
重量法——適用於測定土壤水分；
容量法——適用於浸出物中含量較高的成分如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等測定；
氣相色譜法——適用於有機氯、有機磷及有機汞等農葯的測定；
分光光度法（AAS、AES、AFS）——適用於重金屬如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等組分的測定。
（二）原理
土壤樣品用HNO3—HF—HClO4混酸體系消化後，將消化液直接噴入空氣—乙炔火焰。在火焰中形成的銅的基態原子蒸汽對光源發射的特徵電磁輻射產生吸收。測得試液吸光度扣除全程序空白吸光度，從標准曲線查得銅的含量。計算土壤中銅的含量。
註：該方法的檢出限為1mg/kg。
四、實驗儀器和試劑：
（一）儀器
原子吸收分光光度計，空氣—乙炔火焰原子化器，銅空心陰極燈。
1.工作條件
測定波長：324.8nm；
通帶寬度：1.3nm；
燈電流：7.5mA；
火焰類型：空氣-乙炔，氧化型，藍色火焰。
2.主要性能參數
靈敏度：0.1mg/L；
檢出限：0.01mg/L；
適測濃度范圍：0.2—10mg/L。
註：不同儀器其靈敏度和檢出限有差異。
（二）試劑
1.硝酸：優級純；
2.氫氟酸：優級純；
3.高氯酸：優級純；
4.銅標准溶液：市售標准液。一周前儀器分析實驗課上配好的濃度分別為1mg/L、3mg/L、5mg/L的標准溶液及空白樣。註：具體配製方法見上次的實驗報告。

五、 實驗步驟和注意事項：
（一）土壤樣品的預處理
1.把課前採集的土樣均勻地攤開在一張比較厚的牛皮紙上；
2.挑出其中的動植物殘渣及難以研磨碎的石塊；
3.用四分法棄取土壤（留下四分之一）；
4.用篩子（尼龍篩網為100目）和研缽（白陶瓷製）對留下的土樣進行反復的過篩—研磨，直至幾乎全部過篩。
（二）土壤試液的制備
1.稱取約0.5g土樣於25mL聚四氟乙烯坩堝（高溫消化罐）中，用少許水潤濕；
2.加入15mLHNO3，在電熱板上加熱消化至溶解物剩餘約5mL；
3.再加入5mLHF，加熱分解SiO2及膠態硅酸鹽；
4.最後加入5mLHClO4，加熱至消解物呈淡黃色；
5.打開蓋，先蒸至近干，然後取下冷卻；
6.加入（1：5）HNO31mL微熱溶解殘渣，移入10mL容量瓶中定容。
註：制備土壤試液的同時進行全程序試劑空白實驗。
（三）標准曲線的繪制
直接吸取一周前儀器分析實驗課上配好的濃度分別為1mg/L、3mg/L、5mg/L的標准溶液及空白樣，測其吸光度，繪制標准曲線。
註：詳細步驟見上次的實驗報告。
（四）土壤樣品的測定
本實驗採用標准曲線法，按繪制標准曲線條件測定試樣溶液的吸光度，扣除全程序空白吸光度，從標准曲線上查得並計算銅的含量：
銅（mg/kg）=m/W
式中：m——從標准曲線上查得的銅的含量（0.61g/L×10mL=6.1μg）；
W——稱量土樣乾重量（0.4992g）。
結果：銅（mg/kg）=6.1μg/0.4992g=12.22mg/kg。
（五）注意事項
1.進行過篩—研磨，一定要有耐心，直至土壤顆粒幾乎全部過篩；
2.有少量細砂吸附在篩網上，千萬不能用毛刷刮蹭篩網（只用其輕撣），否則會破壞網眼大小，造成篩網報廢；
3.高氯酸、氫氟酸的純度對空白值的影響很大，直接關繫到測定結果的准確度，因此必須注意全過程空白值的扣除，並盡量減少加入量以降低空白值；
4.土壤試液在加熱蒸干時溫度不要超過200℃，否則無水HClO4受熱後會發生爆炸；
5.土樣消化過程中，最後除去HClO4時必須防止將溶液蒸干，不慎蒸干時，Fe、Al鹽可能形成難溶的氧化物而包藏銅，使結果偏低。
六、 實驗數據記錄

㈡ 測定土壤陽離子交換量的方法有哪些

土壤陽離子交換量的測定受多種因素的影響，如交換劑的性質、鹽溶液濃度和pH、淋洗方法等，必須嚴格掌握操作技術才能獲得可靠的結果。聯合國糧農組織規定用於土壤分類的土壤分析中使用經典的中性乙酸銨法或乙酸鈉法。

新方法是將土壤用BaCl2 飽和，然後用相當於土壤溶液中離子強度那樣濃度的BaCl2溶液平衡土壤，繼而用MgSO4交換Ba測定酸性土壤陽離子交換量。

蒸餾法測定銨離子的量並換算為土壤陽離子交換量。此法的優點是交換液中可同時測定各種交換性鹽基離子。石灰性土壤用氯化銨-乙酸銨作交換劑，鹽鹼土用乙酸鈉作交換劑進行測定。不同的交換劑與測定操作對實驗結果影響較大，報告實驗結果時應標出。

(2)陽離子交換量的測定實驗報告擴展閱讀：

石灰性土壤陽離子交換量的測定方法有NH4Cl–NH4OAc法、Ca(OAc)2法和NaOAc法。目前應用的較多、而且認為較好的是NH4Cl–NH4OAc法，其測定結果准確、穩定、重現性好。NaOAc法是目前國廣泛應用於石灰性土壤和鹽鹼土壤交換量測定的常規方法。

土壤陽離子交換量測定：土壤陽離子交換量（CEc是指土壤膠體所能吸附的各種陽離子）的總量。酸性、中性土壤多用傳統的乙酸銨交換法測定，使用乙酸銨溶液反復處理土壤，使土壤成為銨離子飽和土；用乙醇洗去多餘的乙酸銨後。

㈢ 陽離子交換量的試驗步驟

取4隻100 mL離心管，分別稱出其重量（准確至0.0001 g,下同）。在其中2隻加入專1.0 g污灌區表層屬風干土壤樣品，其餘2隻加入1.0 g深層風干土壤樣品，並作標記。向各管中加入20 mL氯化鋇溶液，用玻棒攪拌4 min後，以3000r/min轉速離心至下層土樣緊實為止。棄去上清液，再加20 mL氯化鋇溶液，重復上述操作。
在各離心管內加20 mL蒸餾水，用玻棒攪拌1 min後，離心沉降，棄去上清液。稱出離心管連同土樣的重量。移取25.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液至各離心管中，攪拌10 min後，放置20 min，離心沉降，將上清液分別倒入4隻試管中。再從各試管中分別移取10.00 mL上清液至4隻100 mL錐形瓶中。同時，分別移取10.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液至另外2隻錐形瓶中。在這6隻錐形瓶中分別加入10 mL蒸餾水、1滴酚酞指示劑，用標准氫氧化鈉滴定，溶液轉為紅色並數分鍾不褪色為終點。

㈣ 土壤陽離子交換量前處理系統工作原理

原理 本實驗採用的是快速法來測定陽離子交換量。土壤中存在的各種陽離子可被 某些中性鹽(BaCl2)水溶液中的陽離子(Ba )等價交換。由於在反應中存在交 換平衡,交換反應實際上不能進行完全。當增大溶液中交換劑的濃度、增加交換 2+ 次數時,可使交換反應趨於完全。交換離子的本性,土壤的物理狀態等對交換反 應的進行程度也有影響。 再用強電解質(硫酸溶液)把交換到土壤中的Ba2+交換下來,由於生成了硫酸 鋇沉澱,而且氫離子的交換吸附能力很強,使交換反應基本趨於完全。這樣通過 測定交換反應前後硫酸含量的變化,可以計算出消耗硫酸的量,進而計算出陽離 子交換量。

㈤ 誰有原子吸收光譜實驗，測土壤的，借鑒一下

一、 實驗目的：
（一）學習測定銅的技術；
（二）掌握原子吸收分光光度法的原理。
二、 實驗意義：
土壤是植物生長的基地，是動物、人類賴以生存的物質基礎，因此，土壤質量的優劣直接影響人類的生產、生活和發展。但由於近些年人們不合理地施用農葯、進行污水灌溉等致使各類污染物質通過多種渠道進入土壤。當污染物進入土壤的數量超過土壤自凈能力時，將導致土壤質量下降，甚至惡化，影響土壤的生產能力。此外，通過地下滲漏、地表徑流還將污染地下水和地表水。
我國土壤常規監測項目中，金屬化合物有鎘、鉻、銅、汞、鉛、銅；非金屬無機化合物有砷、氰化物、氟化物、硫化物等；有機化合物有苯並（a）芘、三氯乙醛、油類、揮發酚、DDT、六六六等。
地殼中銅的平均含量約為70mg/kg；全球土壤中銅的含量范圍一般在2—100mg/kg之間，平均含量為20mg/kg；我國土壤中銅的含量在3—300mg/kg之間，平均含量為22mg/kg。土壤的銅含量常常與其母質來源和抗風化能力有關，因此也與土壤質地間接相關。土壤中的銅大部分來自含銅礦物——孔雀石、黃銅礦及含銅砂岩等。一般情況下，基性岩發育的土壤，其含銅量多於酸性岩發育的土壤，沉積岩中以砂岩含銅最低。各類土壤的含銅量按多少排列如下：砂姜黑土（25.49mg/kg）＞潮土（22.48mg/kg）＞褐土（22.18mg/kg）＞鹽鹼土（18.78mg/kg）＞棕壤（17.81mg/kg）＞黃棕壤（15.58mg/kg）＞風沙土（8.44mg/kg）。
我國土壤表層或耕層中銅含量的背景值范圍為7.3—55.1mg/kg（不同地區有不同的背景值）。土壤中銅的環境質量標准見表一，衛生標准見表二。
表一 土壤中銅的環境質量標准值（GB15618—1995）單位：mg/kg
級別 一級 二級 三級
土壤pH值 自然背景 <6.5 6.5～7.5 >7.5 >6.5
農田等≤ 35 50 100 100 400
果園 ≤ — 150 200 200 400
表二 土壤中銅的衛生標准（GB11728—89）
土壤中銅的陽離子交換量（毫克當量/100g干土） <10 10—20 >20
土壤中的最高容許濃度（mg/kg） 50 150 300
三、實驗方法和原理：
（一）方法
土壤污染監測的常用方法有：
重量法——適用於測定土壤水分；
容量法——適用於浸出物中含量較高的成分如Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等測定；
氣相色譜法——適用於有機氯、有機磷及有機汞等農葯的測定；
分光光度法（AAS、AES、AFS）——適用於重金屬如Cu、Cd、Cr、Pb、Hg、Zn等組分的測定。
（二）原理
土壤樣品用HNO3—HF—HClO4混酸體系消化後，將消化液直接噴入空氣—乙炔火焰。在火焰中形成的銅的基態原子蒸汽對光源發射的特徵電磁輻射產生吸收。測得試液吸光度扣除全程序空白吸光度，從標准曲線查得銅的含量。計算土壤中銅的含量。
註：該方法的檢出限為1mg/kg。
四、實驗儀器和試劑：
（一）儀器
原子吸收分光光度計，空氣—乙炔火焰原子化器，銅空心陰極燈。
1.工作條件
測定波長：324.8nm；
通帶寬度：1.3nm；
燈電流：7.5mA；
火焰類型：空氣-乙炔，氧化型，藍色火焰。
2.主要性能參數
靈敏度：0.1mg/L；
檢出限：0.01mg/L；
適測濃度范圍：0.2—10mg/L。
註：不同儀器其靈敏度和檢出限有差異。
（二）試劑
1.硝酸：優級純；
2.氫氟酸：優級純；
3.高氯酸：優級純；
4.銅標准溶液：市售標准液。一周前儀器分析實驗課上配好的濃度分別為1mg/L、3mg/L、5mg/L的標准溶液及空白樣。註：具體配製方法見上次的實驗報告。

五、 實驗步驟和注意事項：
（一）土壤樣品的預處理
1.把課前採集的土樣均勻地攤開在一張比較厚的牛皮紙上；
2.挑出其中的動植物殘渣及難以研磨碎的石塊；
3.用四分法棄取土壤（留下四分之一）；
4.用篩子（尼龍篩網為100目）和研缽（白陶瓷製）對留下的土樣進行反復的過篩—研磨，直至幾乎全部過篩。
（二）土壤試液的制備
1.稱取約0.5g土樣於25mL聚四氟乙烯坩堝（高溫消化罐）中，用少許水潤濕；
2.加入15mLHNO3，在電熱板上加熱消化至溶解物剩餘約5mL；
3.再加入5mLHF，加熱分解SiO2及膠態硅酸鹽；
4.最後加入5mLHClO4，加熱至消解物呈淡黃色；
5.打開蓋，先蒸至近干，然後取下冷卻；
6.加入（1：5）HNO31mL微熱溶解殘渣，移入10mL容量瓶中定容。
註：制備土壤試液的同時進行全程序試劑空白實驗。
（三）標准曲線的繪制
直接吸取一周前儀器分析實驗課上配好的濃度分別為1mg/L、3mg/L、5mg/L的標准溶液及空白樣，測其吸光度，繪制標准曲線。
註：詳細步驟見上次的實驗報告。
（四）土壤樣品的測定
本實驗採用標准曲線法，按繪制標准曲線條件測定試樣溶液的吸光度，扣除全程序空白吸光度，從標准曲線上查得並計算銅的含量：
銅（mg/kg）=m/W
式中：m——從標准曲線上查得的銅的含量（0.61g/L×10mL=6.1μg）；
W——稱量土樣乾重量（0.4992g）。
結果：銅（mg/kg）=6.1μg/0.4992g=12.22mg/kg。
（五）注意事項
1.進行過篩—研磨，一定要有耐心，直至土壤顆粒幾乎全部過篩；
2.有少量細砂吸附在篩網上，千萬不能用毛刷刮蹭篩網（只用其輕撣），否則會破壞網眼大小，造成篩網報廢；
3.高氯酸、氫氟酸的純度對空白值的影響很大，直接關繫到測定結果的准確度，因此必須注意全過程空白值的扣除，並盡量減少加入量以降低空白值；
4.土壤試液在加熱蒸干時溫度不要超過200℃，否則無水HClO4受熱後會發生爆炸；
5.土樣消化過程中，最後除去HClO4時必須防止將溶液蒸干，不慎蒸干時，Fe、Al鹽可能形成難溶的氧化物而包藏銅，使結果偏低。
六、 實驗數據記錄
七、 實驗討論和體會：
在星期三做完這個實驗後，我並不認為已經結束了實驗，因為我對這個實驗的思考並未結束。實事求是地說，我們的這個利用火焰原子吸收分光光度法對銅的測定實驗並不是很成功，這與我們初次嘗試、缺乏經驗有關。然而，這個實驗的操作過程的繁多，也就是方法上的不完善處，也是我們實驗不很成功的「致命傷」！
首先，樣品制備大都採用全量消解法。該方法操作過程繁多，消解不完全，待測成分易損失，准確度不易把握。實驗中如果任一處環節出現偏差都會對測量結果產生影響。其次，由於土壤中可能含有有機質和植物纖維的影響，使消解往往不完全、待測成分易損失、試劑消耗量很大及產生對操作人員有害的酸氣等。
於是，我針對測定土壤中銅的含量的實驗缺點，進行了調查研究,總結其它實驗方法的優缺點，集合其長處，提出了自己的一套方法，以供老師同學參考。該方法具有方法簡單、引入干擾少、提取率高等優點,也具有很好的經濟效益與環境效益。
關於消化方法的探討：
經過調查，土壤中銅的環境樣品，組分復雜，測定難度較大。而測定準確與否，在一定程度上取決於樣品的消化方法。
（1）按標准所述准確稱取0.45—0.50g (准確度至0.0002g)試樣於25mL 聚四氟乙烯消化罐中。在實際試驗中可以稱取0.60—1.00g (准確度至0.0002g) 試樣於50mL 聚四氟乙烯消化罐 。之所以稱量數量較試驗規程較多,是為了提高樣品測定時的靈敏度。
（2）整個樣品的消解過程, 對溫度的控制是嚴格的, 它直接影響著土壤消解能否達到要求。根據經驗, 試樣開始加入硝酸20mL ,高氯酸8mL ,氫氟酸8mL 後,中溫加熱,溫度必須控制在低於400°C。溫度過高,可使聚四氟乙烯熔化;溫度過高,不利於消解除硅。
（3）在整個消解過程中, 先後加入硝酸20mL 、高氯酸5mL、氫氟酸5mL 後，就立即加熱了，而在實際操作中加入三種混合酸後，蓋嚴，輕輕搖動，使之混勻，有利於充分溶解。在加熱一段時間後,打開杯蓋，以取得良好效果。為了防止飛濺，應該注意經常搖動燒杯。由於土壤種類較多，所含有機質差異較大，在消解時，注意觀察各種酸的用量，可視消解情況酌情增減。土壤消解液應呈白色或淡黃色(含鐵量高的土壤呈現黃色) ，但沒有明顯沉澱物存在。
（4）在溫度控制的同時, 應注意對時間的控制問題。溫度過高, 時間則相應縮短, 否則加熱時間過長造成消解樣品焦糊,使測定結果偏低。
（5）一個不能不提的問題：市售的氫氟酸含有雜質(如上海某試劑廠生產的優級純氫氟酸中銅的雜質含量相當高)，故造成校準曲線高濃度點彎曲，而且在消化過程中酸的消耗量大，消化時間長，試樣易玷污，在高氯酸冒煙趕F-的操作中，時間不易控制,時間的不夠或過長均將直接導致土壤中銅測定結果的偏高或偏低。所以，我個人認為，在樣品消解的方法中避免HF的使用是上策，另外，HF還有毒，有腐蝕性，太危險！
儀器測定過程中的問題探討：
（1）儀器開、關機時必須嚴格遵守操作規程。空心陰極燈預熱30 分鍾, 為了輸送給放大系統足夠的能量，必須在燈電流、狹縫、光電倍增管負高壓三者之間進行合理的調試和區配,以得到最佳選擇，一般的燈電流的最佳值，要比理論值大一點。
（2）調節燃氣和燃氣壓力時, 要注意靜止狀態和氣流狀態是不同的。一定在燃燒器點火的工作條件下調節,並且在測量過程中, 經常檢查設定值是否已經改變。如有變化, 應隨時校正,以保持在測量過程中條件的一致性。
（3）毛細管的長度增加會使吸噴試液的阻力增大, 使試液提升量下降；試液放置高度相差5cm ,可導致吸噴試液量10 %的變化, 這對於精確的測量有明顯的影響。因此測量時, 每個試樣放置的位置高度要保持一致。
（4）溫度升高, 試液的粒度下降, 其吸噴試液的提升量增加,同時使霧化效率增大。加熱試樣,可提高測量的靈敏度。為獲得准確一致的測量,應保持試液的溫度相同。一般是使試液在室溫下放置一定時間,使其於室溫達到平衡。
（5）當燃燒器縫口積有鹽類或塵土時, 可使火焰變化不規則, 呈鋸齒狀。應卸下燃燒頭, 用刀片颳去淀積的鹽塊, 最好依次用稀鹽酸和蒸餾水徹底清洗。
（6）測定土壤消解液時, 由於土壤含鹽類過高會產生背景吸收,使測定結果偏高。因此必須消去背景的吸收。
（7）經過研究，銅的化合物易離解，而且不形成難揮發性化合物，試液中的基體干擾較少。雖然土壤中大量的硅會產生影響，但由於採用了HNO3-HF-HClO4體系分解土樣，此時極大部分硅已被除去，所以一般不會產生干擾。

所以，測定土壤中的銅, 只要抓住了以上幾個關鍵環節和改進措施就會使復雜、准確度不易把握的試驗變得簡單、高准確度！
以上就是我的一點啟發！

㈥ 試述土壤中陽離子交換與吸附作用對污染物的遷移轉化的影響

陽離子交換使土壤比較重要的性質之一，使土壤本身的特有屬性，主要原因就是土壤膠體的負電特性，其電荷分為可變電荷和固定電荷，當pH較低時（到達等電點時），整個性質就會發生變化。陽離子交換，顧名思義，負電荷的土壤膠體表面吸附有一些可交換態的陽離子如K、Mg、Ca等，當污染物特別是重金屬類物質與土壤接觸時，由於其於土壤膠體表面基團具有更強的結合能力，從而取代部分正電性基團，但是陽離子交換過程並不穩定，屬於靜電作用，因此自身並不穩定，如上述內容所說，易受pH影響，低pH條件下容易被淋洗。同時由於其具有很強的水溶性，因此生物有效性較高，容易被動植物吸收而貯藏在體內，是土壤化學反應較為活躍的一部分，受土壤環境影響較大。

吸附作用是一種泛稱，涉及內容較多，分配、離子交換、絡合等都包括在內，以有機質吸附為例，土壤環境中存在很多的有機污染物如農葯（有機氯、有機磷）、PAH、PCBs等，通過分配作用，這些污染物易與土壤中的腐殖質、植物殘體、黑炭等結合，這一過程既可以促進有機污染物的分解，也可以抑制該過程。例如一些污染物進入當碳粒內部，從而抑制微生物的降解，也就限制了污染物的降解，但是也有一部分可能絡合在碳顆粒表面，碳粒表層有較大的比表面積，提供了大量的微生物附著位點，為其降解提供了條件，本身也可以當做電子受體。
這一問題應因具體環境而異，因污染物性質變化而異，環境是復雜的體系，具體結果如何完全看如何讀復雜過程進行解讀，現在很多過程還是無法解釋清楚的，我們目前位置更多的是控制條件，找出影響因素，因此並不是雖有條件都適用的。

㈦ 測定土壤陽離子交換量的方法有哪些

土壤陽離子交換量的測定受多種因素的影響，如交換劑的性質、鹽溶液濃度和pH、淋洗方法等，必須嚴格掌握操作技術才能獲得可靠的結果。聯合國糧農組織規定用於土壤分類的土壤分析中使用經典的中性乙酸銨法或乙酸鈉法。

新方法是將土壤用BaCl2 飽和，然後用相當於土壤溶液中離子強度那樣濃度的BaCl2溶液平衡土壤，繼而用MgSO4交換Ba測定酸性土壤陽離子交換量。

蒸餾法測定銨離子的量並換算為土壤陽離子交換量。此法的優點是交換液中可同時測定各種交換性鹽基離子。石灰性土壤用氯化銨-乙酸銨作交換劑，鹽鹼土用乙酸鈉作交換劑進行測定。不同的交換劑與測定操作對實驗結果影響較大，報告實驗結果時應標出。

(7)陽離子交換量的測定實驗報告擴展閱讀：

石灰性土壤陽離子交換量的測定方法有NH4Cl_NH4OAc法、Ca(OAc)2法和NaOAc法。目前應用的較多、而且認為較好的是NH4Cl_NH4OAc法，其測定結果准確、穩定、重現性好。NaOAc法是目前國廣泛應用於石灰性土壤和鹽鹼土壤交換量測定的常規方法。

土壤陽離子交換量測定：土壤陽離子交換量（CEc是指土壤膠體所能吸附的各種陽離子）的總量。酸性、中性土壤多用傳統的乙酸銨交換法測定，使用乙酸銨溶液反復處理土壤，使土壤成為銨離子飽和土；用乙醇洗去多餘的乙酸銨後。

㈧ 含蛭石晶層間層礦物的陽離子交換容量及酸浸研究

彭同江 劉福生 張寶述 孫紅娟

（西南科技大學礦物材料及應用研究所，四川綿陽 621010）

摘要 對采自新疆尉犁蛭石礦、河南靈寶-陝西潼關蛭石礦的工業蛭石礦物樣品進行了可交換性陽離子、交換容量和酸處理試驗研究。結果發現新疆尉犁蛭石礦金雲母-蛭石中的可交換性陽離子主要為Na^＋和Ca^2＋，其次有Mg^2＋和K^＋、Ba^2＋和Sr^2＋。而河南靈寶-陝西潼關蛭石礦工業蛭石樣品主要為Ca^2＋和Mg^2＋，其次為Na^＋、K^＋等。金雲母-蛭石和綠泥石-蛭石間層礦物的陽離子交換容量隨間層結構中蛭石晶層的含量增加而增大，一般在56.92～98.95 m mol/100 g之間，僅為蛭石最大陽離子交換容量的一半。金雲母-蛭石樣品陽離子交換容量大小與K₂O含量呈負相關關系，與（Na₂O＋CaO）含量呈正相關關系。層間可交換性陽離子的氧化物CaO和Na₂O的酸浸取率最高，層間不可交換性陽離子的氧化物 K₂O次之，八面體中陽離子的氧化物MgO、Fe₂O₃和Al₂O₃具有較高的酸浸取率，而四面體陽離子的氧化物SiO₂的酸浸取率最低；金雲母-蛭石間層礦物中蛭石晶層含量高的樣品酸浸取率高，金雲母-蛭石間層礦物的耐酸蝕性能不如金雲母。

關鍵詞 金雲母-蛭石；間層礦物；陽離子交換容量；酸浸取物；酸浸取率。

第一作者簡介：彭同江，男，1958年4月出生，博士，教授，礦物晶體化學專業。E-mail：[email protected]。

一、含蛭石晶層間層礦物的陽離子交換容量

（一）原理

根據工業蛭石樣品的化學成分研究，蛭石晶層中可交換性陽離子的種類主要有：K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Ba^2＋、Sr^2＋等。用醋酸銨（NH₄Ac）作為淋洗劑，

離子可將工業蛭石中的可交換性陽離子交換出來：

中國非金屬礦業

相關系數為0.90。

圖1 金雲母-蛭石樣品陽離子交換容量（CEC） 隨K₂O 和Na₂O＋CaO 含量（質量分數） 的變化

可以看出，隨著K₂O含量的增加，樣品的陽離子交換容量減小；隨（Na₂O＋CaO）含量的增加，陽離子交換容量增加。從而表明，隨K₂O含量的增加，蛭石晶層的含量降低；隨（Na₂O＋CaO）含量的增加，蛭石晶層的含量增加。由此可以得出，在金雲母變化為金雲母-蛭石的過程中，溶液中富含Na^＋和Ca^2＋離子組分。

對於金雲母-蛭石樣品來說，我們發現其陽離子交換容量的大小與樣品的粉末X射線衍射譜特徵有一定關系。一般說來，陽離子交換容量小於75 m mol/100 g的樣品，其粉末X射線衍射圖上發現有較強的金雲母的衍射峰；高於95 m mol/100 g樣品，發現有蛭石的衍射峰。這進一步表明對樣品陽離子交換容量的貢獻主要來自於間層結構中蛭石晶層的含量。蛭石晶層的含量越高，間層礦物的陽離子交換容量越大。

二、酸浸實驗研究

（一）酸處理實驗與酸浸取物分析

酸處理試驗步驟與實驗方法如下：

1）將燒杯在100℃下烘乾1 h後稱重。

2）分別在燒杯中加0.5 g樣品。

3）將盛樣品的燒杯放在烘箱中在100℃下烘乾2 h。

4）從烘箱中取出燒杯在乾燥器中涼至室溫後稱重，計算出樣品除去吸附水後的質量。

5）將燒杯中分別加入0.5 mol/L，1.0 mol/L，1.5 mol/L，2.0 mol/L稀鹽酸30 mL，攪拌均勻後靜止作用12 h。

6）過濾、洗滌、定溶後用原子吸收光譜法測定濾液中K、Na、Mg、Si、Fe、Al的含量。

利用上述方法對所選的3個樣品進行了酸處理和酸浸取物的分析。測定結果轉換成氧化物百分含量後列入表2中。

表2 不同濃度的稀鹽酸對樣品不同氧化物的腐蝕量（w_B/%）

註：X為鹽酸溶液的濃度，單位mol/L。

（二）酸蝕量與酸浸取物的變化規律

由表2可以看出，在不同鹽酸濃度溶液的情況下金雲母樣品主要氧化物的酸蝕量都大大低於金雲母-蛭石樣品主要氧化物的酸蝕量，這表明金雲母的耐酸性能高於金雲母-蛭石間層礦物。

金雲母-蛭石間層礦物兩個樣品不同氧化物的酸浸取率大致相同。按氧化物的酸浸取率的大小可分為三種情形。

（1）處於蛭石晶層層間域中的水化陽離子

劉福生等（2002）給出的金雲母-蛭石間層礦物樣品的可交換性陽離子氧化物的含量（不考慮H₂O^＋）分別為，Wv-6a：CaO 0.612%，Na₂O 1.30%；Wv-16：CaO 0.394%，Na₂O 1.79%，考慮所含H₂O^＋後樣品的可交換性陽離子氧化物的含量分別為，Wv-6a：CaO 0.580%，Na₂O 1.231%；Wv-16：CaO 0.375%，Na₂O 1.702%，這些數值與表2中CaO和Na₂O的腐蝕量非常相近（其差別來源於對樣品進行不同的處理及分析的誤差）。由於水化陽離子與結構層間的結合最弱，故CaO和Na₂O的酸浸取率最高，其中CaO幾乎全部浸出，Na₂O的浸取率在82.27%～89.24%之間。

（2）在結構中以離子鍵相結合的陽離子

在結構中與陰離子呈離子鍵結合的陽離子主要有：K^＋、Mg^2＋、Fe^2＋、Al^3＋。相應氧化物酸浸取率分別為 K₂O 6.33%～13.80%，Al₂O₃3.67%～12.45%，Fe₂O₃4.44%～11.75%，MgO 3.44%～10.03%。離子鍵的結合力高於蛭石晶層層間水化陽離子與結構層之間的結合力，而又小於硅氧四面體內的共價鍵結合力，因此，以離子鍵結合的陽離子氧化物的酸浸取率低於層間水化陽離子氧化物，而又高於以共價鍵結合的陽離子氧化物。

（3）在結構中以共價鍵結合的陽離子

在結構中與陰離子呈共價鍵結合的陽離子只有Si^4＋，SiO₂的酸浸取率最低，為2.15%～3.02%。

蛭石晶層的水化陽離子最容易被酸淋濾出來，即使在低濃度的鹽酸溶液中，且它們的酸蝕量隨鹽酸濃度的增大變化很小；其次是處於金雲母晶層的層間K^＋離子。MgO、Fe₂O₃和Al₂O₃也具有較高的酸蝕量百分數，其中MgO、Al₂O₃的酸蝕量隨鹽酸濃度的增大而急劇增大，Fe₂O₃酸蝕量隨鹽酸濃度的增大而緩慢增大；SiO₂的酸蝕量最低，且酸蝕量隨鹽酸濃度的增大變化很小。

金雲母-蛭石樣品與金雲母樣品相比較，層間陽離子、八面體陽離子、四面體陽離子都具有較高的氧化物酸蝕量百分數。這表明金雲母-蛭石的結構穩定性較金雲母差，即使是金雲母-蛭石間層結構中的金雲母晶層也是如此。這一結果與熱分析所得出的結果（彭同江等，1995）是完全一致的。

（三）金雲母-蛭石間層礦物酸蝕機理

對於蛭石及含蛭石晶層的間層礦物酸蝕機理的研究不多。但對於蒙脫石酸活化機理研究已經很深入，並得出比較一致的結論。即當用酸處理蒙脫石時 蒙脫石層間的可交換性陽離子（如Ca^2＋、Mg^2＋、Na^＋、K^＋等）可被氫離子交換而溶出，同時隨之溶出的還有蒙脫石八面體結構中的鋁離子及羥基。因此，活化後的蒙脫石比表面積增大，形成多孔活性物質，使其吸附性及離子交換性進一步增強（張曉妹，2002）。下面結合前面的試驗與分析結果對金雲母-蛭石間層礦物酸蝕機理進行討論。

1.酸浸取反應機理

金雲母-蛭石間層礦物中蛭石晶層的結構和陽離子佔位與蒙脫石的大致相同，只是蛭石晶層八面體中的陽離子主要是Mg^2＋，而蒙脫石則主要是Al^3＋，而與蛭石晶層相間排列的還有金雲母晶層。因此，金雲母-蛭石間層礦物的酸蝕機理可以看成是蛭石晶層和金雲母晶層分別與酸進行作用。

蛭石晶層與鹽酸產生離子交換反應和酸腐蝕反應，後者導致結構的局部破壞。其中離子交換反應是氫離子將樣品中蛭石晶層的層間可交換陽離子如K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋等置換出來。

氫質蛭石晶層在酸的繼續作用下結構產生局部破壞，溶出八面體中的陽離子及羥基，硅氧四面體轉化為偏硅酸。

金雲母晶層與鹽酸產生酸腐蝕反應，產生局部結構被破壞，溶出層間陽離子、八面體中的陽離子及羥基，硅氧四面體轉化為偏硅酸。

上述反應可歸三類：H^＋離子與蛭石晶層層間可交換陽離子的交換反應；H^＋離子與結構中八面體片上的（OH）^-和四面體片中Si-OH上的（OH）^-中和形成H₂O的反應；陽離子從結構上解離形成鹽和偏硅酸的反應。

2.酸浸取規律的晶體化學分析

金雲母-蛭石間層礦物屬三八面體層狀硅酸鹽礦物。由金雲母的晶體結構特點可知，結構中陽離子與陰離子結合有兩種化學鍵，即離子鍵和共價鍵。其中，四面體陽離子（主要為 Si^4＋）與陰離子（氧）的化學鍵主要為共價鍵，因而在結構中的聯結力最強；八面體陽離子（主要為Mg^2＋）以離子鍵與陰離子（氧和羥基）結合，聯結力相對較強；層間陽離子位於層間域內與底面氧以弱離子鍵結合，聯結力較弱。金雲母-蛭石間層礦物結構中金雲母晶層的情形與金雲母相類似，蛭石晶層的八面體和四面體兩種位置的化學鍵特點與金雲母的情形也相類似。在金雲母-蛭石間層結構中聯結力相對最弱的位置是蛭石晶層層間水化陽離子的位置，由於水分子的存在，層間陽離子與結構層的聯結力比金雲母的更弱。

上述晶體化學特點決定了四面體陽離子Si^4＋的酸浸取率最小，八面體陽離子Mg^2＋、Al^3＋、Fe^2＋酸浸取率較大，層間可交換性陽離子Na^＋、Ca^2＋最大。

因此，金雲母-蛭石間層礦物樣品不同氧化物酸浸取率的大小取決於晶體結構的強度和陰陽離子之間的化學鍵強度的大小。

3.酸蝕作用歷程與結構破壞

根據酸蝕試驗和分析結果，結合金雲母-蛭石的晶體結構特點，得出金雲母-蛭石酸蝕作用和結構破壞的過程如下。

酸蝕過程中各種酸蝕反應首先沿礦物顆粒邊緣和結構缺陷部位進行。H^＋離子與層間可交換陽離子產生交換反應，形成氫質蛭石，交換出來的陽離子Na^＋、Ca^2＋、K^＋等形成鹽；H^＋離子與八面體中的（OH）^-作用，形成H₂O，其結果導致與（OH）^-呈配位關系的Mg^2＋和其他陽離子隨（OH）^-的解離而裸露於外表面並變得不穩定，從而脫離結構表面並進入溶液形成鹽；H^＋離子與四面體片邊緣的Si-O（或OH）作用，中和後形成H₂O，並使Si^4＋裸露，進一步使Si^4＋解離並形成偏硅酸配陰離子；伴隨著H^＋離子的這些反應，還會導致金雲母晶層邊緣的層間陽離子（主要為K^＋）從結構中解離出來；整個結構的破壞程度和酸蝕量隨H^＋濃度增大和反應時間的增長而增大。酸蝕反應主要發生在結構層的邊緣、層間域和結構缺陷部位。

X射線分析結果表明，金雲母-蛭石間層礦物具有較好的耐酸蝕性能，層間可交換性陽離子的氫交換反應和邊緣與缺陷部位離子的解離和浸取，沒有導致金雲母-蛭石間層結構的破壞。但結合酸浸取物和酸浸取殘留物的研究，金雲母-蛭石間層礦物的耐酸蝕性能不如金雲母。

三、結論

金雲母-蛭石間層礦物具有良好的陽離子交換性。因此，它可用於環保，吸附水中的重金屬離子或有機污染物，回收有用物質；在農業上用作儲水和儲肥載體，改良土壤等等。含蛭石晶層礦物結構中的Ca、Mg、K、Fe等元素在酸性條件下易被淋濾出來。因此，它可在農業上用作儲水和儲肥載體，同時又是長效肥料。一方面可為植物提供K、Mg、Ca、Si、Fe等有用元素；另一方面可以起到改良土壤的作用，即增加土壤的保水，保肥性能，降低土壤的密度，提高土壤的透氣性能等等。

酸浸取的結果導致金雲母-蛭石間層礦物中蛭石晶層的可交換性陽離子幾乎全部被淋濾交換出來，同時也在結構層邊緣和結構缺陷部位淋濾出其他組分。其結果導致金雲母-蛭石間層礦物比表面積增大，形成多孔活性物質，使其吸附性及離子交換性進一步增強（Suquet et al.，1991；Suquet et al.，1994）。因此，酸處理後的金雲母-蛭石間層礦物可用於環保方面作污水處理劑。

An Experimental Study on Cation Exchange Capacity and Acid Soaking of Vermiculite Containing Interstratified Minerals

Peng Tongjiang，Liu Fusheng，Zhang Baoshu，Sun Hongjuan

（The Research Institute of Mineral Materials and Their Application，Southwest University of Sciences and Technology，Mianyang Sichuan 621010，China）

Abstract：The changeable cations，the exchange capacity and acid erodibility of instrial vermiculite samples from Weli Mine，Xinjiang Autonomous Region，Lingbao Mine，Henan Province，and Tongguan Mine，Shanxi Province are studied.It is found that the changeable cations of phlogopite-vermiculite samples from Weli Mine are mainly Na^＋，Ca^2＋，and Mg^2＋，K^＋，Ba^2＋，Sr^2＋in the next place.The changeable cations of phlogopite vermiculite samples from Tongguan Mine are mainly Mg^2＋，Ca^2＋，and Na^＋，K^＋in the next place.The cation exchange capacity of phlogopite-vermiculite and chlorite-vermiculite increases with the increase of content of ver miculite crystal layer in interstratified structure.The cation exchange capacity is commonly between 56.92 m mol/100 g and 98.95 m mol/100 g，which is only a half of the maximal value of cation exchange capacity of vermiculite.The cation exchange capacity of phlogopite-vermiculite is negatively related to the content of K₂O and positively related to the content of Na₂O and CaO.The acid soak-out ratios of CaO and Na₂O are the highest and that of K₂O is lower slightly，the acid soak-out ratios of MgO，Fe₂O₃and Al₂O₃are relatively higher，but the acid soak-out ratios of SiO₂are the lowest.The acid corroding contents of the samples with more vermiculite layer are higher.The acid-resistant property of the phlogopite-vermiculite interstratified mineral is not as good as the phlogopite.

Key words：phlogopite-vermiculite，interstratified minerals，cation exchange capacity，acid soak-out-substances，acid soak-out-ratio.

㈨ 測定土壤陽離子交換量有哪些方法

聯合國糧農組織規定用於土壤分類的土壤分析中使用經典的中性乙酸銨法或回乙酸鈉法。中性答乙酸銨法也是我國土壤和農化實驗室所採用的常規分析方法，適於酸性和中性土壤。最近的土壤化學研究表明，對於熱帶和亞熱帶的酸性、微酸性土壤，常規方法由於浸提液pH值和離子強度太高，與實際情況相差較大，所得結果較實際情況偏高很多。新方法是將土壤用BaCl2 飽和，然後用相當於土壤溶液中離子強度那樣濃度的BaCl2溶液平衡土壤，繼而用MgSO4交換Ba測定酸性土壤陽離子交換量。 石灰性土壤陽離子交換量的測定方法有NH4Cl–NH4OAc法、Ca(OAc)2法和NaOAc法。目前應用的較多、而且認為較好的是NH4Cl–NH4OAc法，其測定結果准確、穩定、重現性好。NaOAc法是目前國內廣泛應用於石灰性土壤和鹽鹼土壤交換量測定的常規方法。